KR102081780B1 - Energy management system for multi-battery - Google Patents

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KR102081780B1
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김영탁
김영철
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군산대학교산학협력단
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Abstract

The present invention provides an energy management device for a multi-battery which is applied to an independent type new renewable energy system having at least two batteries embedded with a battery management system (BMS). The energy management device for the multi-battery comprises: a switching unit having first and second switches disposed at both ends of an input to which generated power of a new renewable energy generation system is applied, and third and fourth switches disposed at both ends of an output to which an inverter is connected; and a battery control unit alternately changing an operation mode of each of the batteries, simultaneously controlling the switching unit to connect between the both ends of the input and a battery being charged, and connecting a battery being discharged to the both ends of the output.

Description

다중 배터리용 에너지 관리 장치{Energy management system for multi-battery}Energy management system for multi-battery {Energy management system for multi-battery}

본 발명은 다중 배터리용 에너지 관리 장치에 관한 것으로, 특히 독립형 신재생 에너지 시스템에 다중 배터리가 구비되는 경우, 이를 보다 효율적으로 관리하고 이용할 수 있도록 하는 다중 배터리용 에너지 관리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an energy management apparatus for multiple batteries, and more particularly, to an energy management apparatus for multiple batteries that enables more efficient management and use when multiple batteries are provided in an independent renewable energy system.

신재생에너지 기술은 기존의 발전방식과는 달리 무한정한 에너지원을 가지고 있으며, 대기오염, 소음, 진동 등의 공해가 발생하지 않은 에너지이다. 또한 발전설비의 유지관리가 용이하고, 수명이 길며, 설비규모의 선택과 설치공사가 쉬운 장점을 가지고 있다. Renewable energy technology, unlike the existing power generation method, has an infinite energy source and does not generate pollution such as air pollution, noise or vibration. In addition, it has the advantages of easy maintenance of power generation equipment, long life, and easy selection and installation of equipment scale.

일반적으로 신재생에너지 시스템은 크게 계통연계형과 독립형으로 분류하며, 계통연계형은 신재생에너지 시스템에서 발전된 전기를 계통에 전송하여 수익을 얻는 방식이고, 독립형은 신재생에너지 시스템에서 발전된 전기를 독립 부하에 공급하거나 배터리에 충전시켜 필요한 시간에 소모시키는 방식이다. In general, renewable energy systems are classified into grid-connected type and stand-alone type. Grid-connected type is a method of obtaining profit by transferring electricity generated from renewable energy system to grid, and stand-alone type is independent of electricity generated from renewable energy system. Supply it to the load or charge the battery and consume it at the required time.

기존의 계통연계형 시스템은 발전기를 사용하는 섬에서 사용이 어려운 시스템이며, 독립형 시스템은 지속적으로 에너지저장장치를 충전하고 이를 부하에서 소비하는 형식으로써 과충전, 과방전에 대한 대비가 부족하고, 지속적인 충ㅇ방전으로 인한 수명단축 및 남는 전력에 대한 활용도가 부족하다는 단점을 가진다. Existing grid-connected systems are difficult to use on islands using generators. Stand-alone systems continuously charge energy storage devices and consume them at the load. Lack of preparation for overcharge and overdischarge. It has the disadvantage of shortening of the life due to the discharge and lack of utility for the remaining power.

국내공개번호 제10-2017-0019971호(공개일자: 2017.02.22)Domestic Publication No. 10-2017-0019971 (Publication date: February 22, 2017)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 독립형 신재생 에너지 시스템에 다중 배터리가 구비되는 경우, 이를 보다 효율적으로 관리하고 이용할 수 있도록 하는 다중 배터리용 에너지 관리 장치를 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention is to provide a multi-battery energy management device that can be managed and used more efficiently when multiple batteries are provided in a stand-alone renewable energy system.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 BMS(Battery Management System)를 내장한 적어도 2개의 배터리를 구비하는 독립형 신재생 에너지 시스템에 적용되는 다중 배터리용 에너지 관리 장치는, 신재생 에너지 발전 시스템의 발전 전력이 인가되는 입력 양단에 배치된 제1 및 제2 스위치와, 인버터가 연결된 출력 양단에 배치된 제3 및 제4 스위치를 구비하는 스위칭부; 및 상기 배터리 각각의 동작 모드를 교대로 변경함과 동시에 상기 스위칭부를 동작 제어하여 상기 입력 양단과 충전 중인 배터리간을 연결시키고, 방전 중인 배터리와 상기 출력 양단을 연결시키는 배터리 제어부를 포함할 수 있다. As a means for solving the above problems, an energy management apparatus for a multi-battery applied to a stand-alone renewable energy system having at least two batteries incorporating a battery management system (BMS) according to an embodiment of the present invention, A switching unit including first and second switches disposed at both ends of an input to which generated power of a renewable energy generation system is applied, and third and fourth switches disposed at both ends of an output to which an inverter is connected; And a battery controller configured to alternately change an operation mode of each of the batteries and simultaneously control the switching unit to connect the both ends of the input and the battery being charged, and to connect the discharging battery and the both ends of the output.

상기 배터리 제어부는 상기 배터리 중 어느 하나를 충전시키고 나머지 하나를 방전시키되, 충전 중이던 배터리의 전력이 상한치 이상으로 증가하거나, 방전 중이던 배터리의 전력이 하한치 이하로 감소되면, 방전 중이던 배터리를 충전시키고, 충전 중이던 배터리를 방전시키는 것을 특징으로 한다. The battery controller charges any one of the batteries and discharges the other one, but when the power of the battery that is being charged increases above the upper limit or the power of the battery that is being discharged decreases below the lower limit, the battery that is being discharged is charged and charged Discharging the battery was used.

또한 상기 배터리 제어부는 상기 신재생 에너지 발전 시스템의 발전 전력량과 부하의 전력 소비량을 모니터링하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit may further include a function of monitoring a generated power amount of the renewable energy generation system and a power consumption amount of a load.

뿐 만 아니라 상기 배터리 제어부는 상기 부하의 전력 소비량이 상기 신재생 에너지 발전 시스템의 발전 전력량에 비해 기 설정값 이상으로 증가하면, 상기 배터리 모두를 방전 모드로 동작시키고, 상기 배터리 모두를 상기 인버터의 입력 양단을 연결시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the battery controller operates all of the batteries in a discharge mode when the power consumption of the load increases more than a preset value with respect to the amount of power generated by the renewable energy generation system, and inputs all of the batteries to the inverter. It is characterized by connecting both ends.

그리고 상기 배터리 제어부는 상기 배터리가 2개 이상이면, 상기 2개 이상의 배터리를 2 개 그룹으로 나눈 후, 제1 배터리 그룹과 제2 배터리 그룹의 동작 모드를 교대로 변경시키는 것을 특징으로 한다. If the battery control unit has two or more batteries, the battery control unit divides the two or more batteries into two groups, and then alternately changes an operation mode of the first battery group and the second battery group.

본 발명의 다중 배터리용 에너지 관리 장치는 독립형 신재생 에너지 시스템에 다중 배터리가 구비되는 경우, 다중 배터리를 스위칭하여 충방전시킴으로써 특정 배터리에 과전압, 과전류가 인가되는 것을 사전에 방지하고, 그 결과 시스템 사용 수명이 증대될 수 있도록 한다. When the multi-battery energy management device of the present invention is equipped with a multi-battery, the multi-battery energy management device prevents overvoltage and overcurrent from being applied to a specific battery in advance by switching and charging / discharging the multi-battery, thereby using the system. To increase its lifespan.

또한 다중 배터리를 스위칭하여 사용하여 충전 동작과 방전 동작 모두가 지속될 수 있도록 함으로써, 무효 전력의 발생을 사전 방지함과 동시에 독립전원시스템의 안정성도 극대화시켜 줄 수 있게 된다. In addition, by switching and using multiple batteries so that both charging and discharging operations can be continued, it is possible to prevent generation of reactive power and to maximize the stability of the independent power supply system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 배터리 기반의 독립형 신재생 에너지 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 배터리 동작 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 배터리 동작 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 센서의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS의 상세 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a stand-alone renewable energy system based on multiple batteries according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an energy management apparatus according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams for describing a battery operation control method of an energy management apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a battery operation control method of an energy management apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a detailed configuration of a power sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a detailed configuration of a BMS according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.The objects and effects of the present invention and the technical configurations for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. The present embodiments are merely provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined by the scope of the claims. It will be. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 배터리 기반의 독립형 신재생 에너지 시스템을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a stand-alone renewable energy system based on multiple batteries according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 독립형 신재생 에너지 시스템(100)은 태양광 발전 시스템(210)과 풍력 발전 시스템(220)과 같은 신재생 에너지 시스템(200)을 통해 발전된 전력을 통해 적어도 2개의 배터리(111,112)를 충전하고, 이를 부하(300)에서 소비하도록 하는 것으로, 이는 적어도 2개의 배터리(111,112) 이외에 DC/DC 컨버터(130), AC/DC 컨버터(140), 인버터(150), 에너지 관리 장치(160), 및 모니터링부(170) 등을 추가적으로 구비한다. Referring to FIG. 1, the stand-alone renewable energy system 100 of the present invention includes at least two powers generated through a renewable energy system 200 such as a solar power generation system 210 and a wind power generation system 220. Charge the battery 111,112 and consume it in the load 300, which is in addition to the at least two batteries 111,112 DC / DC converter 130, AC / DC converter 140, inverter 150, energy The management device 160, the monitoring unit 170 and the like is further provided.

다만, 이하에서는 설명의 편이를 위해 배터리가 2개 구비된 경우에 한정하여 설명하기로 한다. However, hereinafter, only two batteries will be described for convenience of description.

2개의 배터리(111,112)는 동일 사양의 배터리로 구현되어, 에너지 관리 장치(160)의 제어 하에 충전 및 방전 동작을 교대로 수행하도록 한다. The two batteries 111 and 112 may be implemented as batteries having the same specification, and alternately perform charging and discharging operations under the control of the energy management device 160.

그리고 2개의 배터리(111,112) 각각은 BMS(Battery Manager System)(121,122)를 내장하고, 이들을 통해 배터리 전압, 전류, 온도 등을 측정하여 에너지 관리 장치(160)에 통보하거나, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 등을 수행하도록 한다. Each of the two batteries 111 and 112 includes a battery manager system (BMS) 121 and 122, and measures battery voltage, current, temperature, and the like, and notifies the energy management device 160, or cell balancing (Cell Balancing). To perform the operation.

DC/DC 컨버터(130)는 태양광 발전 시스템(210)에 의해 생성된 DC 전력을 DC/DC 변환하여 출력하고, AC/DC 컨버터(140)는 풍력 발전 시스템(220)에 의해 생성되는 AC 전력을 AC/DC 변환하여 출력하도록 한다. The DC / DC converter 130 DC-DC converts and outputs DC power generated by the solar power generation system 210, and the AC / DC converter 140 generates AC power generated by the wind power generation system 220. To AC / DC conversion.

그리고 DC/DC 컨버터(130)와 AC/DC 컨버터(140)의 출력단 각각에 전력 센서1(131)와 전력 센서2(141)를 설치하고, 이들을 통해 태양광 발전 시스템(210)과 풍력 발전 시스템(220) 각각에 의해 발전되는 전력의 전압 및 전류값을 실시간 센싱하도록 한다. In addition, a power sensor 1 131 and a power sensor 2 141 are installed at each of the output terminals of the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140, and through these, the solar power generation system 210 and the wind power generation system are installed. 220, real-time sensing of the voltage and current value of the power generated by each.

인버터(150)는 신재생 에너지 시스템(200)의 발전 전력, 2개의 배터리(111,112)에 충전된 전력 중 적어도 하나를 이용하여, 부하(300)에서 필요로 하는 전력을 생성 및 공급하도록 한다. The inverter 150 generates and supplies the power required by the load 300 using at least one of the generated power of the renewable energy system 200 and the power charged in the two batteries 111 and 112.

에너지 관리 장치(160)는 2개의 배터리(111,112) 각각의 전력 상태를 수시로 체크하고, 2개의 배터리(111,112) 각각의 동작 모드를 교대로 변경하도록 한다. The energy management device 160 checks the power state of each of the two batteries 111 and 112 from time to time, and alternately changes an operation mode of each of the two batteries 111 and 112.

즉, 제1 배터리(111)를 통해서는 충전 동작을 수행하고, 제2 배터리(112)를 통해서는 방전 동작을 수행하거나, 그 반대로 제1 배터리(111)를 통해서는 방전 동작을 수행하고, 제2 배터리(112)를 통해서는 충전 동작을 수행하도록 한다. 다시 말해, 본 발명은 충전과 방전 동작을 교대로 수행하는 2개의 배터리(111,112)를 구비함으로써, 시스템 관점에서 충전 동작과 방전 동작이 동시 수행되도록 함을 알 수 있다. That is, the charging operation is performed through the first battery 111, the discharge operation is performed through the second battery 112, or conversely, the discharge operation is performed through the first battery 111. 2 through the battery 112 to perform the charging operation. In other words, the present invention includes two batteries 111 and 112 alternately performing charging and discharging operations, thereby enabling the charging and discharging operations to be performed simultaneously from the system point of view.

또한, 에너지 관리 장치(160)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력, 부하의 소비 전력, 전력 수요 예측량 등을 기반으로 최대전력지점(Maximum Power Point Tracking)을 산출하고, 이에 따라 인버터(150)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하도록 한다. In addition, the energy management device 160 calculates the maximum power point tracking based on the generation power of the renewable energy system, the power consumption of the load, the power demand prediction amount, and the like, and accordingly PWM the inverter 150. (Pulse Width Modulation) To control.

모니터링 장치(170)는 제1 및 제2 전력 센서(131,142), 인버터(150), 에너지 관리 장치(모니터링 장치(170)는), 외부 장치(미도시)와 동작 연계되어, 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 파악하고, 이를 사용자에게 시청각적으로 알려줄 수 있도록 한다. 보다 상세하게는, 신재생 에너지 시스템의 발전 전력량, 부하의 소비 전력량, 배터리 각각의 동작 모드, SOC, 충방전량을 모니터링하여 사용자에게 시청각적으로 안내할 수 있도록 한다. The monitoring device 170 is operatively associated with the first and second power sensors 131 and 142, the inverter 150, the energy management device (the monitoring device 170 is), and an external device (not shown) to collect and collect through the system. It can identify all the information that is generated and inform the user visually. More specifically, the power generation amount of the renewable energy system, the power consumption of the load, the operation mode of each battery, SOC, charge and discharge amount can be monitored to visually guide the user.

그리고 모니터링 장치(170)는 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 기반으로 고장 발생 여부를 확인 및 통보할 수 있도록 한다. 또한 사용자 입력 수단을 구비하고, 이를 통해 사용자가 수동 입력하는 각종 제어값에 따라 시스템 구동환경을 조정할 수도 있도록 한다. 예를 들어, 배터리 구동을 일시 중지하거나, 배터리 동작 모드를 강제 변경하거나, 전력 수요 예측량을 설정 또는 변경하는 등의 동작을 수행할 수 있도록 한다. In addition, the monitoring device 170 may identify and notify whether a failure occurs based on all information collected and generated through the system. In addition, it is provided with a user input means, through which the user can adjust the system driving environment in accordance with various control values manually input. For example, it is possible to perform an operation such as suspending the battery driving, forcibly changing the battery operation mode, or setting or changing the power demand prediction amount.

이와 같이 구성되는 본 발명의 시스템은 2개의 배터리를 구비하고, 이들 배터리를 스위칭하여 충방전시킴으로써, 특정 배터리에 과전압, 과전류가 인가되는 것을 사전에 방지하도록 한다. 그 결과, 시스템 사용 수명이 증대될 수 있도록 한다. 그리고 2개 배터리를 교대로 사용하여 충전 동작이 지속될 수 있도록 함으로써, 무효 전력의 발생을 사전 방지할 수 있도록 한다. 또한 동일한 원리로 2개 배터리를 교대로 사용하여 방전 동작이 지속함으로써, 독립형 신재생에너지 시스템의 전력 공급 동작 상태는 지속되도록 하고, 이에 따라 독립전원시스템의 안정성을 극대화시켜 줄 수 있게 된다. The system of the present invention configured as described above includes two batteries, and by switching and charging and discharging these batteries, it is possible to prevent overvoltage and overcurrent from being applied to a specific battery in advance. As a result, system service life can be increased. By using two batteries alternately, the charging operation can be continued, thereby preventing the generation of reactive power. In addition, by discharging continuously by using two batteries alternately on the same principle, the power supply operation state of the independent renewable energy system is continued, thereby maximizing the stability of the independent power system.

더하여, 본 발명의 시스템은 단일 시스템 형태로 구현될 수 있으나, 필요한 경우 모니터링 장치(170)와 같은 일부 장치가 별도 장치로 분리되는 분산 시스템 형태로 구현될 수도 있음은 물론 당연하다. In addition, although the system of the present invention may be implemented in a single system form, it is obvious that some devices such as the monitoring device 170 may be implemented in a distributed system form that is separated into a separate device, if necessary.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an energy management apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 에너지 관리 장치(모니터링 장치(170)는)은 스위칭부(161) 및 배터리 제어부(162) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the energy management device (monitoring device 170) of the present invention may include a switching unit 161, a battery control unit 162, and the like.

스위칭부(161)는 DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140)가 공통 연결된 입력 양단에 배치된 제1 및 제2 스위치(SW1,SW2)와, 인버터(150)가 연결된 출력 양단에 배치된 제3 및 제4 스위치(SW3,SW4)를 구비하고, 이들을 통해 전력 전달 경로가 능동 가변되도록 한다. The switching unit 161 includes first and second switches SW1 and SW2 disposed at both ends of an input to which the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140 are commonly connected, and both ends of the output to which the inverter 150 is connected. And third and fourth switches SW3 and SW4 disposed at the plurality, to allow the power transmission path to be actively changed.

배터리 제어부(162)는 2개의 배터리(111,112) 각각의 전력 상태(전압, 전압)을 지속적으로 체크하도록 한다. 그리고 2개의 배터리(111,112) 중 어느 하나를 충전시키고 나머지 하나를 방전시키되, 충전 중이던 배터리의 전력이 상한치 이상으로 증가하거나, 방전 중이던 배터리의 전력이 하한치 이하로 감소되면, 방전 중이던 배터리를 충전시키고, 충전 중이던 배터리를 방전시키는 제어 동작을 반복적으로 수행하도록 한다. 즉, 2개의 배터리(111,112)의 동작 모드를 교대로 변경하도록 한다. The battery controller 162 continuously checks the power states (voltage and voltage) of each of the two batteries 111 and 112. And when charging any one of the two batteries (111,112) and discharge the other one, if the power of the battery while charging increases above the upper limit, or when the power of the battery during the discharge decreases below the lower limit, to charge the battery during the discharge, The control operation for discharging the battery being charged is repeatedly performed. That is, the operation modes of the two batteries 111 and 112 are alternately changed.

또한 상기의 제어 동작을 수행함과 동시에 전력 전달 경로를 가변하기 위한 스위치 제어 신호를 생성 및 출력함으로써, DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140)의 출력 양단이 충전 중인 배터리에만 연결되고, 인버터(150)의 입력 양단에는 방전 중인 배터리만이 연결되도록 한다. In addition, by performing the above control operation and generating and outputting a switch control signal for varying the power transmission path, the outputs of the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140 are connected to only the battery being charged. In addition, only the battery being discharged is connected to both ends of the input of the inverter 150.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 배터리 동작 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for describing a battery operation control method of an energy management apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 배터리 제어부(162)는 2개 배터리 중 하나를 임의 선택하여 충전시키고, 나머지 하나를 방전하도록 한다. First, the battery controller 162 randomly selects one of the two batteries to charge and discharges the other one.

만약, 제1 배터리(111)를 충전시키고, 제2 배터리(112)를 방전시킨다면, 배터리 제어부(162)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 스위치1 및 4(SW1,SW4)를 턴온시키고, 스위치2 및 3(SW2,SW3)을 턴오프시키기 위한 스위치 제어 신호를 생성 및 출력하도록 한다. 그러면, DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140)의 출력 양단이 제1 배터리(111)에만 연결되고, 인버터(150)의 입력 양단에는 제2 배터리(112)만이 연결되도록 한다. If the first battery 111 is charged and the second battery 112 is discharged, the battery controller 162 turns on the switches 1 and 4 (SW1 and SW4) as shown in FIG. Generate and output switch control signals for turning off 2 and 3 (SW2, SW3). Then, both ends of the outputs of the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140 are connected to only the first battery 111, and only the second battery 112 is connected to both ends of the input of the inverter 150.

그리고 2개 배터리(111,112) 각각의 전압 및 전류를 파악하고, 이를 기반으로 충전 전력이 상한치 이상이 되는지 또는 방전 전력이 하한치 이하가 되는지 확인한다. Then, the voltage and current of each of the two batteries 111 and 112 are identified, and based on this, the charging power is determined to be above the upper limit or the discharge power is below the lower limit.

확인 결과, 충전 전력이 상한치 이상이 되거나, 방전 전력이 하한치 이하가 되면, 배터리 제어부(162)는 2개 배터리(111,112)의 동작 모드를 교대시킴과 동시에 도 3b에서와 같이, 스위치1 및 4(SW1,SW4)를 턴오프시키고, 스위치2 및 3(SW2,SW3)을 턴온시키도록 한다. As a result of the check, when the charging power is higher than the upper limit or the discharge power is lower than the lower limit, the battery control unit 162 alternates the operation modes of the two batteries 111 and 112 and simultaneously switches 1 and 4 ( SW1 and SW4 are turned off, and switches 2 and 3 (SW2 and SW3) are turned on.

그 결과, DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140)의 출력 양단이 제2 배터리(120)에 연결되고, 인버터(150)의 입력 양단에는 제1 배터리(110)가 연결됨으로써, 충전 동작 중이던 제1 배터리는 방전 동작을 수행하기 시작하고, 방전 동작 중이던 제2 배터리는 충전 동작을 수행하기 시작한다. As a result, both ends of the output of the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140 are connected to the second battery 120, the first battery 110 is connected to both ends of the input of the inverter 150, The first battery in the charging operation starts to perform the discharge operation, and the second battery in the discharge operation starts to perform the charging operation.

이와 같이 본 발명은 2개의 배터리를 구비하도록 하고, 에너지 관리 장치를 통해 배터리 각각의 동작 모드와 전력 전달 경로를 교대로 제어하도록 함을 알 수 있다. As described above, the present invention includes two batteries and alternately controls the operation mode and the power transmission path of each battery through the energy management device.

다만, 부하의 소모 전력량이 급증하여 기존의 전력 공급량만으로는 부하가 필요로 하는 전력량을 커버할 수 없게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 본 발명은 도 4에서와 같이 상기의 교대 동작을 일시 중지하고, 시스템에 구비된 배터리(111,112) 모두가 방전 동작을 수행함으로써, 전력 공급량을 극대화시키고, 이를 통해 전력 공급의 안정화를 도모할 수 있도록 한다. However, the amount of power consumed by the load may increase so that the existing power supply alone may not cover the amount of power required by the load. In this case, the present invention suspends the shift operation as shown in FIG. 4, and the batteries 111 and 112 of the system all perform the discharge operation, thereby maximizing the power supply and thereby stabilizing the power supply. Do it.

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 관리 장치의 배터리 동작 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining a battery operation control method of an energy management apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 4의 배터리 제어부(162)는 제1 및 제2 배터리(111,112) 이외에 제1 및 제2 전력 센서(131,141) 및 외부 장치(미도시)와의 통신을 추가적으로 수행하고, 이를 통해 태양광 발전 시스템(210)과 풍력 발전 시스템(220)의 전력 상태와 부하의 전력 소모량을 추가적으로 모니터링할 수 있도록 한다. In addition to the first and second batteries 111 and 112, the battery controller 162 of FIG. 4 additionally performs communication with the first and second power sensors 131 and 141 and an external device (not shown), and through this, a solar power generation system ( 210 and to further monitor the power status of the wind power generation system 220 and the power consumption of the load.

그리고 부하의 전력 소모량이 태양광 발전 시스템(210)과 풍력 발전 시스템(220)의 발전 전력량에 비해 기 설정값 이상으로 증가하는 경우, 상기의 동작 모드 교대 동작을 일시 중지한다. 그리고 제1 및 제2 배터리 모두(111,112)를 방전 모드로 동작시키고, 제1 및 제2 배터리 모두(111,112)가 인버터(150)의 입력 양단에 동시 연결시킨다. In addition, when the power consumption of the load increases more than a preset value with respect to the amount of power generated by the solar power generation system 210 and the wind power generation system 220, the operation mode shift operation is suspended. Then, both the first and second batteries 111 and 112 are operated in the discharge mode, and both the first and second batteries 111 and 112 are simultaneously connected to both ends of the input of the inverter 150.

즉, 신재생 에너지 시스템(200)의 발전 전력만으로 부하가 필요로 하는 전력을 공급할 수 없을 때에는 배터리 모두(111,112)를 즉각 방전시킴으로써, 전력의 안정적 공급을 최우선시할 수 있도록 한다. That is, when the power required by the load cannot be supplied only by the generated power of the renewable energy system 200, all of the batteries 111 and 112 are discharged immediately, so that stable supply of power can be prioritized.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 센서의 상세 구성을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a detailed configuration of a power sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 본 발명의 전력 센서(131,141)는 DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140)의 출력 양단 전압을 센싱하는 전압 센서(410), DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140)의 출력 전류를 센싱하는 전류 센서(420), 에너지 관리 장치(160)와의 데이터 통신을 지원하는 통신 인터페이스(430), 및 전압 센서(410) 및 전류 센서(420)의 센싱 정보를 통신 인터페이스(430)를 통해 전송 가능한 데이터 형태로 변환하는 센서 제어부(440) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the power sensors 131 and 141 of the present invention may include a voltage sensor 410 and a DC / DC converter 130 that sense voltages across outputs of the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140. And a current sensor 420 sensing an output current of the AC / DC converter 140, a communication interface 430 supporting data communication with the energy management device 160, and a voltage sensor 410 and a current sensor 420. The sensor control unit 440 may convert the sensing information of the data into a form of data that can be transmitted through the communication interface 430.

즉, 본 발명의 전력 센서는 전력 공급 라인에 인가되는 출력 전압 및 전류를 기반으로 DC/DC 컨버터(130) 및 AC/DC 컨버터(140) 각각의 출력 전력을 센싱하고, 에너지 관리 장치(160)에 제공하도록 한다. That is, the power sensor of the present invention senses the output power of each of the DC / DC converter 130 and the AC / DC converter 140 based on the output voltage and current applied to the power supply line, and the energy management device 160. To provide.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS의 상세 구성을 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating a detailed configuration of a BMS according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 본 발명의 BMS(121,122)는 배터리 셀 전류를 센싱하는 배터리 셀 전류 센서(510), 배터리 셀 전압을 센싱하는 배터리 셀 전압 센서(520), 배터리 셀 온도를 센싱하는 배터리 셀 온도 센서(530), BMS에 구비된 센서들(510~530)의 센싱 결과를 에너지 관리 장치(160)에 통보하거나, BMS에 구비된 센서들(510~530)의 센싱 결과를 기반으로 셀 밸런싱(Cell Balancing)을 수행하거나, 과전압 과전류를 차단하기 위한 보호 동작을 수행하거나, 에너지 관리 장치(160)의 제어 하에 충전 모드를 설정하거나 방전 모드를 설정하는 BMS 제어부(540), BMS 제어부(540)의 제어 하에 배터리 셀 각각에 전력을 인가하거나, 배터리 셀로부터 출력되는 전력을 전력 공급 라인으로 전달하는 충/방전 스위치부(550), BMS 제어부(540)와 에너지 관리 장치(160)간 데이터 통신을 지원하는 통신 인터페이스(560) 등을 포함한다. Referring to FIG. 6, the BMSs 121 and 122 of the present invention may include a battery cell current sensor 510 that senses battery cell current, a battery cell voltage sensor 520 that senses battery cell voltage, and a battery cell that senses battery cell temperature. Notifying the energy management device 160 of the sensing results of the temperature sensors 530 and the sensors 510 to 530 included in the BMS, or cell balancing based on the sensing results of the sensors 510 to 530 included in the BMS. The BMS control unit 540 or the BMS control unit 540 for performing a cell balancing, performing a protection operation for blocking an overvoltage overcurrent, or setting a charging mode or setting a discharge mode under the control of the energy management device 160. Control the power of each of the battery cells under the control of, or the charge / discharge switch unit 550 for transmitting the power output from the battery cells to the power supply line, the data communication between the BMS controller 540 and the energy management device 160 Supported communication inter And the like device (560).

즉, 본 발명의 BMS는 배터리 각각에 내장되어, 배터리 각각의 상태를 센싱하여 에너지 관리 장치(160)에 통보하거나, 에너지 관리 장치(160)의 제어 하에 배터리 각각의 동작 모드를 능동 가변하도록 한다.That is, the BMS of the present invention is embedded in each of the batteries to sense the state of each battery to notify the energy management device 160 or to actively change the operation mode of each battery under the control of the energy management device 160.

더하여, 상기의 설명에서는 배터리가 2개 구비되는 경우에 한하여 설명하였지만, 필요시에는 2개 이상의 배터리를 구비할 수 있음은 물론 당연하다. 만약, 배터리가 2개 이상인 경우, 2개 이상의 배터리를 2개의 배터리 그룹으로 나눈 후, 제1 배터리 그룹과 제2 배터리 그룹의 동작 모드가 교대로 변경되도록 한다. In addition, the above description has been made only in the case where two batteries are provided, but of course, two or more batteries may be provided if necessary. If there are two or more batteries, after dividing the two or more batteries into two battery groups, the operation modes of the first battery group and the second battery group are alternately changed.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (5)

BMS(Battery Management System)를 내장한 적어도 2개의 배터리를 구비하는 독립형 신재생 에너지 시스템에 적용되는 다중 배터리용 에너지 관리 장치에 있어서,
태양광 발전 시스템의 출력을 DC/DC 컨버팅하여 출력하는 DC/DC 컨버터와 풍력 발전 시스템의 출력은 AC/DC 컨버팅하여 출력하는 AC/DC 컨버터가 동시 연결되는 입력 양단;
상기 DC/DC 컨버터와 상기 AC/DC 컨버터의 출력단 각각에 설치되어, 상기 태양광 발전 시스템과 상기 풍력 발전 시스템 각각의 발전 전력을 센싱 및 통보하는 두개의 전력 센서;
상기 입력 양단에 배치된 제1 및 제2 스위치와, 인버터가 연결된 출력 양단에 배치된 제3 및 제4 스위치를 구비하는 스위칭부; 및
상기 배터리 각각의 동작 모드를 교대로 변경함과 동시에 상기 스위칭부를 동작 제어하여 상기 입력 양단과 충전 중인 배터리간을 연결시키고, 방전 중인 배터리와 상기 출력 양단을 연결시키는 배터리 제어부를 포함하며,
상기 배터리 제어부는 충전 중이던 배터리의 전력이 상한치 이상으로 증가하거나, 방전 중이던 배터리의 전력이 하한치 이하로 감소되면, 방전 중이던 배터리를 충전시키고, 충전 중이던 배터리를 방전시키되, 발전 전력과 부하 소비 전력을 추가 확인 및 비교하여, 부하 소비 전력이 발전 전력에 비해 기 설정값 이상으로 증가하면, 상기 배터리 모두를 방전 모드로 동작시키고, 상기 배터리 모두를 상기 인버터의 입력 양단을 연결시키는 기능과, 상기 배터리가 2개 이상이면, 상기 2개 이상의 배터리를 2 개 그룹으로 나눈 후, 제1 배터리 그룹과 제2 배터리 그룹의 동작 모드를 교대로 변경시키는 기능과, 발전 전력, 부하 소비 전력 및 전력 수요 예측량에 기반하여 최대전력지점(Maximum Power Point Tracking)을 산출 및 이용하여 상기 인버터를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 기능과, 발전 전력, 부하 소비 전력, 배터리 각각의 동작 모드, SOC, 충방전량을 모니터링 장치를 통해 사용자에게 시청각적으로 안내하는 기능을 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 배터리 또는 상기 제1 및 제2 배터리 그룹은 서로 동일 사양의 배터리로 구현되고,
상기 인버터는 상기 적어도 2개의 배터리 중 적어도 하나에 충전된 전력을 이용하여 상기 부하에 제공할 전력을 생성 및 공급하고,
상기 모니터링 장치는 사용자 입력 수단을 구비하고, 상기 사용자 입력 수단을 통해 획득되는 사용자 제어값에 따라 시스템 구동 환경을 조정하는 것을 특징으로 하는 다중 배터리용 에너지 관리 장치. In the energy management device for multiple batteries applied to a stand-alone renewable energy system having at least two batteries with a built-in battery management system (BMS),
A DC / DC converter for outputting the output of the solar power system by DC / DC conversion and an output of the wind power generation system are connected at both ends of the AC / DC converter for simultaneously converting and outputting the AC / DC converter;
Two power sensors installed at each of the output terminals of the DC / DC converter and the AC / DC converter to sense and notify generated power of each of the solar power generation system and the wind power generation system;
A switching unit including first and second switches disposed at both ends of the input and third and fourth switches disposed at both ends of an output to which an inverter is connected; And
And a battery controller which alternately changes an operation mode of each of the batteries and simultaneously controls the switching unit to connect between both ends of the input and the battery being charged, and connects the battery being discharged and both ends of the output,
When the power of the battery that is being charged increases above the upper limit or the power of the battery that is being discharged decreases below the lower limit, the battery controller charges the battery that is being discharged and discharges the battery that is being charged, but adds power generation and load power consumption. For checking and comparing, when the load power consumption increases by more than the preset value compared to the generated power, the functions of operating all of the batteries in the discharge mode and connecting both of the batteries to the input terminals of the inverter, Or more, dividing the two or more batteries into two groups, and then alternately changing an operation mode of the first battery group and the second battery group, and based on the generated power, the load power consumption, and the power demand prediction amount. Pulse width modulat (PWM) of the inverter by calculating and using maximum power point tracking ion) control, and a function of visually guiding the user through a monitoring device the power generation, load power consumption, each operation mode, SOC, charge and discharge amount of the battery,
The first and second batteries or the first and second battery groups may be implemented as batteries having the same specification.
The inverter generates and supplies power to be provided to the load using power charged in at least one of the at least two batteries,
The monitoring device includes a user input means, and the energy management device for multiple batteries, characterized in that for adjusting the system driving environment according to the user control value obtained through the user input means. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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